铝合金焊接接头疲劳强度试验研究

通过焊接接头疲劳试验,对铝台金3A21和5083焊接接头疲劳性能和相应S-N曲线进行分析,计算对接和不同角接头疲劳强度和曲线参数,分析不同接头几何形状和焊趾半径对疲劳强度的影响,并且对不同几何型式的接头以及铝合金与钢焊接接头疲劳试验结果进行比较。不同的承载方式和接头几何型式导致应力集中;焊趾半径大小决定应力集中程度,最终影响焊接接头的疲劳强度。     

浅析应力集中对焊接接头疲劳强度的影响

焊接结构能否承受交变动载荷主要是看焊接接头的疲劳强度.应力集中是造成焊接疲劳的一个重要因素,采用改善焊缝几何形状、焊接接头类型等措施来降低应力集中可以有效地提高焊接接头的疲劳强度.     

焊接结构抗疲劳设计新方法与应用

与传统金属材料/小尺寸疲劳试样不同,焊接结构具有其独特的疲劳特性:裂纹萌生周期短、疲劳寿命主要消耗在裂纹扩展阶段、焊接结构疲劳具有尺寸效应,这些因素导致了动载荷应力幅值为焊接结构疲劳失效的第一驱动力.基于有限元分析的无网格敏感性结构应力法,可有效描述焊接接头位置的动载荷应力.该方法结合国际疲劳设计标准中S-N曲线族与裂纹扩展速率关系,提出一条能够统一描述不同几何形式、不同板厚接头疲劳行为的Master S-N曲线.该方法在2003年SAE"Fatigue Challenge"焊接结构疲劳预测挑战中获得最准确的结果,并已纳入ASME FFS-1标准等国际标准.结构应变方法则是在结构应力方法基础上提出,可以进一步统一描述不同材料焊接构件的高/低周疲劳性能的疲劳评估方法.该方法采用Master E-N曲线将高周疲劳与低周疲劳分析方法统一.目前此方法已经应用于轨道交通、正交异性桥、重型装备等大型复杂焊接结构的疲劳设计与服役寿命预测中,可量化分析焊接变形、焊缝尺寸、熔透率等因素的影响,实现针对复杂焊接结构/接头的抗疲劳设计.     

轴力作用下TT节点焊缝周围应力分布规律研究

对焊接管节点疲劳寿命的估计,一般是通过计算其焊缝周围的热点应力幅的大小并结合S-N曲线确定.对管节点焊缝周围热点应力大小和这个区域内应力分布规律进行研究,可以预测节点在疲劳失效前所能承受的疲劳载荷循环次数以及疲劳裂纹萌生位置和扩展趋势.文中建立焊接TT管节点的有限元模型,采用ABAQUS软件分析100个不同几何形状的TT管节点在承受轴向拉力作用下其焊缝周围的应力分布规律.通过对模型的分析结果,得到几何参数对热点应力区域内应力分布规律的影响情况.     

钛合金焊接结构疲劳损伤分形演化寿命预测方法

以航空发动机压气机常用材料TC11钛合金的焊接构件为研究对象,基于损伤力学理论对其疲劳损伤演化规律进行了研究,应用分形几何理论定义损伤变量,建立了用分形损伤变量表达的损伤分形演化模型。通过疲劳寿命试验和疲劳断口分维数测量,建立了疲劳损伤分形演化方程,进一步研究疲劳损伤参数与外载荷的关系,给出了一种能够将结构宏观疲劳损伤寿命与反映结构细观损伤效应的分维数相联系的新的疲劳寿命预测方法。     

钛合金焊接结构疲劳损伤分形演化寿命预测方法

以航空发动机压气机常用材料TC11钛合金的焊接构件为研究对象,基于损伤力学理论对其疲劳损伤演化规律进行了研究,应用分形几何理论定义损伤变量,建立了用分形损伤变量表达的损伤分形演化模型。通过疲劳寿命试验和疲劳断口分维数测量,建立了疲劳损伤分形演化方程,进一步研究疲劳损伤参数与外载荷的关系,给出了一种能够将结构宏观疲劳损伤寿命与反映结构细观损伤效应的分维数相联系的新的疲劳寿命预测方法。     

局部法在十字接头工作角焊缝疲劳强度评定中的应用

介绍了一种新的疲劳强度评定方法,即局部法,该方法用单一疲劳标准可预测结构在载荷作用下的疲劳行为,而不受结构几何形状复杂,所受外载复杂的拘束,对国内常用Q235B钢的十字接头工作角焊缝进行了单轴拉伸疲劳试验,并用有限元方法对焊接残余应力和外载引起的局部应力进行了计算,分析结果表明该准则完全适合于Q235B钢。     

焊接接头疲劳评定局部法研究进展

焊接接头疲劳评定的“局部法”(local approach)是近年来疲劳评定研究的重要方向。这种方法的基本原理是采用与疲劳断裂直接相关的应力集中区域应力场的“局部参量”作为疲劳断裂的控制参量，建立具有普遍适用性的“局部参量”与循环次数N表示的S-N曲线，据此进行疲劳强度和疲劳寿命预测与评定。由于局部法包括焊接接头局部焊缝几何细节等因素，因而更能反映焊接结构疲劳断裂的实际情况，受到国际焊接学会和工程界的普遍重视。目前已发展多种疲劳评定的局部方法，如缺口应力强度因子法(N-SIF)、等效应力强度因子法(E-SIF)、临界距离法(CDM)：包括点(PM)、线(LM)、面(AM)和体积法(VM)、临界面法和包括应力梯度的体积法等。本文对这些局部法的基本原理、分析步骤及影响因素进行简要探讨。     

基于非线性损伤理论的焊接疲劳设计

构建一种基于非线性损伤理论的焊接疲劳设计模式,能有效地用于多级疲劳载荷作用下焊接接头的疲劳设计与分析。所构建的设计模式,不仅考虑了多级疲劳载荷的加载次序效应,也考虑了载荷间的相互影响。采用Manson-Halford累积损伤模型以及改进模型来处理加载次序效应,以应力比的形式来体现载荷间相互作用,利用所构建疲劳设计模式对标准焊接接头进行疲劳设计,讨论了不同疲劳载荷加载次序以及载荷级数等因素对焊接结构疲劳设计参数应力因数的影响,并将设计结果与基于传统Miner理论的设计结果进行比较。数值结果表明,基于非线性累积损伤理论所建的焊接疲劳设计模式,可对焊接接头的疲劳特性进行有效的设计分析,具有较高的精度和可信度。所建焊接结构疲劳设计模式能够较好地处理载荷次序效应以及载荷间的相互影响,且模型参数相对较少,可应用于实际工程设计。     

锁渣器的疲劳设计

本文着重介绍了“应力指数法”“有限元法”对锁渣器接管及几何形状不连续区进行疲劳分析设计的具体应用。采用ASMEⅦ-2附录4、5规定的设计准则进行了疲劳强度校核。对焊接接头结构设计及其制造检验要求,对人孔螺栓的疲劳设计亦做了介绍。     

GH99镍基合金薄板电子束焊接头疲劳性能研究

电子束焊作为一种先进的连接技术,具有能量集中、焊接速度快、热影响区小等特点,被广泛应用于工业工程、航空航天等国民经济的重要领域。随着航天飞行器发动机设计寿命的不断提高,主要结构部件的电子束焊接头疲劳性能越来越受到设计工作者的关注,研究电子束焊接头的疲劳性能已经成为焊接工作者一个重要的课题。本文采用电子束焊接工艺,制备了GH99镍基高温合金薄板对接接头。针对电子束焊接头,进行了显微硬度测试、疲劳性能的研究及疲劳失效机理分析。研究表明,电子束焊接头焊缝中心及热影响区的维氏硬度与GH99镍基高温合金母材金属基本相同,接头并未出现性能的不均匀性。对两种工艺下的电子束焊接头的疲劳S-N曲线分析表明,适当加大电子束焊焊接电流,有利于减少焊缝焊根部位的焊接缺陷,有利于提高电子束焊接头的疲劳性能,从而提高了焊接接头疲劳寿命。     

压力容器焊接接头疲劳裂纹萌生寿命的探讨

对16MnR焊接接头进行了控制应变幅条件下的疲劳试验，获得其疲劳特性参数以及恒应变幅载荷下的疲劳一寿命关系，建立了焊接接头低周疲劳寿命曲线方程。并将试验结果同局部应力应变法计算的结果进行了比较，为该焊接接头应变疲劳提供了理论依据。     

焊接结构疲劳失效的产生原因与预防措施

随着焊接结构的广泛应用,焊接结构的疲劳失效问题越来越受到关注。研究焊接结构疲劳失效的产生原因以及预防措施具有重要意义。本文介绍了应力集中、焊接残余应力、焊接缺陷和金相组织发生改变等引起焊接结构疲劳失效的常见原因,阐述了针对各种原因的预防焊接结构疲劳失效的若干措施,以提高焊接结构的抗疲劳破坏能力。     

核电汽轮机低压焊接转子模拟件接头高周疲劳性能研究

研究并对比了25Cr2Ni2MoV焊接转子模拟件埋弧焊和氩弧焊接头高周疲劳性能,发现氩弧焊接头高周疲劳性能优于埋弧焊接头高周疲劳性能。观察高周疲劳断口发现：埋弧焊接头高周疲劳裂纹启裂于气孔与夹杂物;而氩弧焊接头启裂于气孔。针对内部启裂源为气孔的情况,提出通过测量启裂区(不含启裂源)特征尺寸求得高周疲劳裂纹启裂速率的途径来评价高周疲劳性能。通过白光干涉形貌仪测量启裂区特征尺寸,发现埋弧焊接头高周疲劳裂纹启裂速率高于氩弧焊接头高周疲劳裂纹启裂速率,与实际高周疲劳性能测试结果一致。     

平衡轴力作用下K节点焊缝周围应力分布规律

首先建立了焊接K节点的有限元分析模型,计算了承受平衡轴力作用下的K型管节点在焊缝周围的应力分布情况.然后通过对420个K节点模型进行的参数分析,研究了表征K节点的几个主要几何参数对热点应力分布规律的影响.通过模型分析,发现在平衡轴力作用下K型管节点焊缝周围应力分布情况是要受几何参数影响的.在几何参数不同的情况下,热点应力的位置会在冠点和鞍点之间发生移动.由于热点应力处是疲劳裂纹出现的位置,因此K节点疲劳断裂过程是要受到几何参数影响的.     

变速箱中间轴焊接结构多轴疲劳寿命分析方法

重载车辆传动系统具有大速比、大扭矩的特点,其变速箱中间轴焊接结构承受复杂工作载荷,焊缝处易发生多轴疲劳破坏。为了更准确有效地对中间轴焊接结构的疲劳寿命进行评估,基于多轴结构应力法提出一种重载车辆变速箱中间轴焊接结构疲劳寿命分析方法,即建立含有焊缝细节的中间轴焊接结构有限元模型,求解得到焊缝危险点处的结构应力分量时间历程,并在结构应力平面上合成载荷路径,求得非比例加载路径的等效应力范围,最后结合主S-N曲线确定焊接结构的疲劳寿命。采用该方法分别对中间轴焊接结构的焊根、焊趾部位进行疲劳寿命分析并与疲劳台架试验结果进行对比,结果表明：分析得到的疲劳破坏位置和寿命值与疲劳台架试验结果均有良好的一致性,且焊根与焊趾寿命分析结果间的差异与已有文献多轴疲劳试验数据相一致,说明采用多轴结构应力法对变速箱中间轴焊接结构的疲劳寿命评估是可靠的。     

补焊对5A06铝合金焊接接头力学性能的影响

以5A06铝合金焊接模拟件的一次焊接接头和二次焊接(补焊)接头为研究对象,通过拉伸试验、疲劳试验,以及对疲劳断口形貌观察,研究了补焊对该焊接接头力学性能的影响。结果表明:补焊会造成焊接接头力学性能的下降,其中静强度和中值疲劳强度下降明显;焊缝是接头拉伸强度与疲劳性能的薄弱部位,补焊会造成焊缝附近金属晶粒粗大。     

焊接结构虚拟疲劳试验技术研究

针对焊接结构的疲劳问题,提出虚拟疲劳试验技术.基于有限元数值仿真技术及焊接接头S-N曲线数据库,在计算机中模拟物理样机的疲劳试验过程,预测焊接结构的疲劳寿命,使产品在设计阶段开展抗疲劳设计成为可能.虚拟疲劳试验在铁路车辆焊接摇枕上的应用验证了该技术的可行性.     

对超声波冲击技术改善焊接接头疲劳性能的探究

超声波冲击技术是一种改善焊接接头残余应力的新方法,可以将焊缝及其焊趾区的残余拉应力转变为有利于提高疲劳性能的残余压应力,改善焊接接头的应力场分布,从而有效改善焊接接头的疲劳性能。     

提升重载货车焊接结构疲劳强度的探讨

从产品实例分析焊接结构疲劳特点,叙述从设计和工艺上如何正确细致的进行货车焊接结构的疲劳设计,从而增加货车焊接结构承受动载的能力、提高运行的疲劳寿命。